關(guān)于施工控制網(wǎng)測(cè)量方案的探討

李苑紅

摘 要：本文主要探討了施工控制網(wǎng)的平面控制和高程控制，并采用不同的方法進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行分析、對(duì)比和驗(yàn)證，確保測(cè)量成果的可靠性，以便正確驗(yàn)證該方案的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：施工控制網(wǎng) 觀測(cè)墩 復(fù)測(cè)基線 同步環(huán) 異步環(huán)

1.前言

施工控制測(cè)量（construction control survey）是為建立施工控制網(wǎng)進(jìn)行的測(cè)量。包括：施工控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和精度設(shè)計(jì)、施工控制網(wǎng)的布設(shè)、控制點(diǎn)的標(biāo)石或觀測(cè)墩的埋設(shè)或建造、控制網(wǎng)的觀測(cè)及平差計(jì)算以及控制網(wǎng)的定期復(fù)測(cè)。下面就以廣東省陽(yáng)江抽水蓄能電站施工控制網(wǎng)為例進(jìn)行探討。

2.概述

陽(yáng)江抽水蓄能電站位于廣東省陽(yáng)春市八甲山區(qū)，距陽(yáng)春市50km，距陽(yáng)江市60km。為配合電站施工，需布設(shè)施工控制網(wǎng)。根據(jù)工程建設(shè)規(guī)模、參照規(guī)范要求，施工控制網(wǎng)的等級(jí)選用二等。上庫(kù)庫(kù)區(qū)高程約750米，下庫(kù)庫(kù)區(qū)高程約50米，測(cè)區(qū)高差大、地勢(shì)陡峭、林木茂密、交通困難、通視條件差。

3.資源配置

3.1主要儀器設(shè)備

雙頻靜態(tài)GNSS接收機(jī)7臺(tái)；水準(zhǔn)儀2臺(tái)，因瓦條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺兩對(duì)；全站儀2臺(tái)。以上儀器設(shè)備均按有關(guān)規(guī)定檢驗(yàn)或檢定且在有效期內(nèi)。

3.2軟件配置

中海達(dá)HGO數(shù)據(jù)處理軟件2套；同濟(jì)大學(xué)GPS_NET數(shù)據(jù)處理軟件1套；清華山維測(cè)量控制網(wǎng)平差軟件2套；邊長(zhǎng)改正軟件3套。

3.3人員配置

該項(xiàng)目投入有類似工作經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員19人，其中高級(jí)工程師4人，工程師8人，助理工程師4人，其他職稱技術(shù)人員3人。

3.4已有資料利用情況

利用測(cè)區(qū)內(nèi)已有的GNSS D級(jí)點(diǎn)“GPS22”、“GPS42”的1954年北京坐標(biāo)作為平面控制起算數(shù)據(jù)，已有的三等水準(zhǔn)點(diǎn)“IV水02”的1956年黃海高程作為高程控制起算數(shù)據(jù)，以測(cè)區(qū)內(nèi)“IV水06”、“GPS04”、“GPS36”、“GPS41”、“GPS42”作檢查之用，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘標(biāo)石穩(wěn)固，保存完整，經(jīng)檢測(cè)可靠可供使用。

4.基本技術(shù)要求

坐標(biāo)系統(tǒng)：獨(dú)立坐標(biāo)系（掛靠1954年北京坐標(biāo)系）。

高程系統(tǒng)：1956年黃海高程系。

工程投影高程面為50m、400米、750米。

5.平面控制測(cè)量

5.1平面施工控制網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)規(guī)范規(guī)定的原則進(jìn)行選點(diǎn)，整個(gè)測(cè)區(qū)共布設(shè)24座觀測(cè)墩。上庫(kù)大壩、上庫(kù)公路、進(jìn)出水口區(qū)域有“ⅡYX19～ⅡYX24”可用；下庫(kù)大壩、下庫(kù)公路、進(jìn)出水口區(qū)域有“ⅡYX1～ⅡYX7”可用；石崎崗隧道洞口區(qū)域有 “ⅡYX9～ⅡYX12”可用；紅花涌隧道洞口區(qū)域有“ⅡY X 1 5～ⅡY X 1 8”可用；頭門(mén)崗隧道洞口區(qū)域有“ⅡY X16、ⅡYX19～ⅡYX21”可用。全網(wǎng)最大邊長(zhǎng)2053m，最短邊長(zhǎng)342m，平均邊長(zhǎng)1054m。

5.2觀測(cè)墩埋設(shè)

平面控制點(diǎn)（除起算舊點(diǎn)外）全部設(shè)立具有強(qiáng)制歸心裝置的觀測(cè)墩，觀測(cè)墩埋設(shè)規(guī)格按相關(guān)規(guī)范要求，埋設(shè)時(shí)為確保強(qiáng)制歸心基座水平，用圓水準(zhǔn)氣泡作檢查。

5.3二等電磁波邊長(zhǎng)測(cè)量

（1）邊長(zhǎng)測(cè)量

為確保平面控制網(wǎng)的精度滿足要求，采用徠卡全站儀按規(guī)范二等邊長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè)通視點(diǎn)間電磁波邊長(zhǎng)，用于GNSS網(wǎng)約束平差和檢核GNSS網(wǎng)的精度，共測(cè)邊19條。

（2）邊長(zhǎng)改化

施工控制網(wǎng)為獨(dú)立平面控制網(wǎng)，邊長(zhǎng)投影到測(cè)區(qū)高程面上，測(cè)距邊的歸算按下列規(guī)定：

①邊長(zhǎng)改正時(shí)不進(jìn)行高斯投影改正，即取Y=0。

②經(jīng)過(guò)氣象、加常數(shù)、乘常數(shù)、周期誤差改正后的斜距，才化為水平距離。

③測(cè)距邊的氣象改正按儀器說(shuō)明書(shū)給出的公式計(jì)算；測(cè)距邊的加常數(shù)、乘常數(shù)改正根據(jù)儀器檢驗(yàn)的結(jié)果計(jì)算。

④測(cè)距邊長(zhǎng)經(jīng)氣象改正、加乘常數(shù)改正、周期誤差改正、傾斜改正后，把邊長(zhǎng)分別歸算至50米、400米、750米施工高程面。

（3）邊長(zhǎng)計(jì)算

采用我院編制的邊長(zhǎng)改正軟件，觀測(cè)邊長(zhǎng)經(jīng)測(cè)距儀加常數(shù)、乘常數(shù)、周期誤差，溫度、氣壓、二差改正及傾斜改正后。歸算至指定高程面上，二等測(cè)距邊長(zhǎng)往返測(cè)較差全部符合限差2（a+b*D）要求，且有63%小于1/2限差，對(duì)向觀測(cè)邊長(zhǎng)平均值中誤差0.5 mm，測(cè)距精度優(yōu)。

5.4二等GNSS網(wǎng)測(cè)量

（1）外業(yè)觀測(cè)

標(biāo)石埋設(shè)完成后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的穩(wěn)定期，便開(kāi)始觀測(cè)。采用GNSS靜態(tài)測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量。

（2）基本技術(shù)要求，見(jiàn)表1。

（3）GNSS網(wǎng)平差

①基線解算完成后，進(jìn)行GNSS網(wǎng)平差。所有GNSS點(diǎn)均納入GNSS網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算，平差過(guò)程由軟件自動(dòng)計(jì)算。

② 三維無(wú)約束平差：在WGS-84橢球上進(jìn)行三維自由網(wǎng)平差，平差后基線平均相對(duì)誤差為1/174420，點(diǎn)位平均中誤差為5.4mm，平差結(jié)果精度指標(biāo)符合規(guī)范要求。

③ 二維約束平差：以點(diǎn)GPS22與點(diǎn)GPS42為起算點(diǎn)放到GNSS網(wǎng)中進(jìn)行二維約束平差，算出一套1954年北京坐標(biāo)。得到點(diǎn)ⅡYX09的1954年北京坐標(biāo)和點(diǎn)ⅡYX09到點(diǎn)ⅡYX01的方位角α9-1，加上用全站儀測(cè)定的點(diǎn)ⅡYX04到點(diǎn)ⅡYX01的邊長(zhǎng)三個(gè)條件作為起算數(shù)據(jù)放到GNSS網(wǎng)進(jìn)行二維約束平差，算出各點(diǎn)坐標(biāo)為最終成果。

點(diǎn)ⅡYX01到點(diǎn)ⅡYX04邊長(zhǎng)計(jì)算分別投影到50米、400米、750米，算出三套邊長(zhǎng)，相應(yīng)地GNSS網(wǎng)也算出三套坐標(biāo)。

（4）精度統(tǒng)計(jì)

二維平差后最終坐標(biāo)平差值最弱點(diǎn)為“ⅡYX12”，點(diǎn)位中誤差為±4.8mm（規(guī)范要求≤±7mm），54%小于1/2限差，100%小于限差；平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/343951，62%小于1/2限差。為方便施工引測(cè)及地形限制，導(dǎo)致ⅡYX11-ⅡYX12邊長(zhǎng)只有約340米，以致其相對(duì)中誤差略大（1/78269）。后經(jīng)電磁波測(cè)距檢查得出電磁波測(cè)距邊長(zhǎng)與GNSS成果反算邊長(zhǎng)較差為0.5mm完全滿足規(guī)范要求，從外部檢核ⅡYX11-ⅡYX12邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差對(duì)成果影響甚微。

5.5主算與核算成果比較及GNSS網(wǎng)邊長(zhǎng)外部符合檢核

兩套軟件（ H G O和同濟(jì)大學(xué)GPS_NET）平差計(jì)算精度指標(biāo)都符合規(guī)范中二等施工控制網(wǎng)的精度要求，對(duì)比兩套軟件計(jì)算結(jié)果，坐標(biāo)差值在毫米級(jí)，未出現(xiàn)異常情況，主算、核算成果得到驗(yàn)證，取主算成果為最終成果。

把GNSS網(wǎng)平差坐標(biāo)成果反算邊長(zhǎng)，與高精度全站儀施測(cè)的邊長(zhǎng)作比較，邊長(zhǎng)較差符合要求，說(shuō)明GNSS網(wǎng)精度良好，成果可靠。

6.高程控制測(cè)量

6.1水準(zhǔn)路線的布設(shè)

按規(guī)范要求進(jìn)行二等水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位選擇。全線新埋設(shè)二等水準(zhǔn)點(diǎn)18座，利用舊水準(zhǔn)點(diǎn)8座，聯(lián)測(cè)GNSS點(diǎn)5個(gè)，共有31個(gè)二等水準(zhǔn)高程點(diǎn)。水準(zhǔn)路線布設(shè)成由35個(gè)測(cè)段、三個(gè)閉合環(huán)構(gòu)成的水準(zhǔn)網(wǎng)，水準(zhǔn)路線全長(zhǎng)47公里。水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)均勻合理，能滿足各標(biāo)段方便使用。

6.2二等水準(zhǔn)測(cè)量

每天作業(yè)前均對(duì)儀器進(jìn)行了i角檢查，i角均小于限差±20秒。由往測(cè)轉(zhuǎn)向返測(cè)時(shí)，兩支標(biāo)尺互換位置，并重新整平儀器。水準(zhǔn)測(cè)量在成象清晰、穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。

6.3平差計(jì)算

各測(cè)段高差經(jīng)正常水準(zhǔn)面不平行改正、尺長(zhǎng)改正后，采用清華山維“工程測(cè)量控制網(wǎng)平差系統(tǒng)NASEW95”軟件，以測(cè)站數(shù)為權(quán)，進(jìn)行平差計(jì)算。 起算點(diǎn)為“IV水02”，其1956年黃海高程為52.957。

6.4水準(zhǔn)測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)

水準(zhǔn)點(diǎn)高程中誤差最大為±2 . 6 m m，高差中誤差最大為±2.3mm。由二等水準(zhǔn)測(cè)量各精度指標(biāo)可見(jiàn)，二等水準(zhǔn)測(cè)量精度優(yōu)，成果可靠。

6.5二等水準(zhǔn)與三角高程比較

為了更好的驗(yàn)證二等水準(zhǔn)計(jì)算的可靠性，用全站儀從下庫(kù)到上庫(kù)測(cè)一條多角高程導(dǎo)線（點(diǎn)ⅡYX08到點(diǎn)ⅡYX15，高差為440.25米），平差后得出高差閉合差為0.029cm。相互驗(yàn)證不存在粗差，成果可靠。

6.6二等水準(zhǔn)與GNSS擬合高程比較

利用聯(lián)測(cè)了二等水準(zhǔn)的五個(gè)平面點(diǎn)：“ⅡYX02、ⅡYX06、ⅡYX08、ⅡYX15、ⅡYX16”的水準(zhǔn)高程作為起算數(shù)據(jù)放到GNSS網(wǎng)中進(jìn)行平差求出其它點(diǎn)的擬合高程。在平差之前均對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢查。由此求出的擬合高程與水準(zhǔn)高程進(jìn)行比較，較差甚微，相互驗(yàn)證不存在粗差，成果可靠。

7.說(shuō)明和建議

觀測(cè)墩基座強(qiáng)制歸心裝置配備兩種螺絲，一種接儀器端為英制，另一種接儀器端為公制，以滿足不同儀器使用。為能長(zhǎng)期使用已建立的施工控制網(wǎng)，建議在以后的施工過(guò)程中保護(hù)好測(cè)量標(biāo)志，確保施工控制網(wǎng)的完整性。為保證以后施工放樣的長(zhǎng)期使用，按規(guī)范要求，施工控制網(wǎng)建立一年后應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。根據(jù)蓄能電站地形特點(diǎn)，成果資料有投影到50米、400米、750米高程面三套成果，使用時(shí)請(qǐng)注意不要混用。

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